2013年12月12日08:25
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在日本，通過實現電氣類部件通用化，已有望將燃料電池車的價格降至1000萬日元以下。為了進一步削減成本，在繼續(xù)進行相關技術開發(fā)。
距2015年上市銷售燃料電池汽車只剩下2年時間，汽車廠商的燃料電池車（FCV）開發(fā)競爭已進入白熱化階段。
在2013年11月舉辦的“東京車展2013”上，豐田汽車公司公開了試制車“豐田FCV概念車”。該車填充一次氫燃料可續(xù)航500公里以上。生成驅動電力的燃料電池的性能提高到原有產品的2倍，還成功實現了小型化。燃料電池可配備在座席下方，在車高往往偏高的燃料電池車領域實現了轎車款設計。
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| 豐田在11月舉辦的東京車展上發(fā)布了燃料電池車的試制車。 |
另一方面，大發(fā)工業(yè)公司展出了沒有使用鉑等貴金屬的輕型燃料電池車整車“大發(fā)FC商Case”。
本田技研工業(yè)公司在同時期于美國舉辦的洛杉磯車展上，公開了新試制車“本田FCEV概念”。本田稱，該車提高了燃料電池的性能和續(xù)航距離。
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| 本田11月在美國加利福尼亞州舉辦的洛杉磯車展上，公布了燃料電池車的試制車。 |
在洛杉磯車展上，韓國現代汽車公司宣布，從2014年春季開始，在美國洛杉磯開展燃料電池車的租售業(yè)務。計劃以月租金499美元的價格，把以SUV（多功能車）“途勝”（Tucson ）為原型的燃料電池車主要租賃給行政機關。
豐田、本田及現代汽車計劃于2015年開始上市銷售燃料電池車。日產汽車也通過與德國戴姆勒公司及美國福特汽車公司等合作，力爭在2017年開始銷售。本田力爭通過與美國通用汽車進行共同開發(fā)，到2020年進一步降低成本以及擴大產量。
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| 豐田在東京車展上展出的燃料電池車的底盤及部件。照片A是燃料電池，B是氫燃料罐。燃料電池與高效率的小型升壓轉換器實現了一體化。 |
如何才能降至500萬日元？
目前在日本，氫社會的實現正由燃料電池車帶動。如果路面上行駛的燃料電池車增多，就需要增設加氫站，擴大及充實氫供應網。其中，廉價的“二氧化碳零排放”氫會增加供應，也可用作火力發(fā)電的燃料。
要想實現這一藍圖，亟需解決燃料電池車低成本化這一課題。當前最重要的就是，將大約10年前高達1億日元的價格降至用戶可以接受的價格。
目前，汽車廠商已可將價格控制在1000萬日元以下。與混合動力車（HV）和純電動汽車（EV）實現電氣馬達等部件的通用化起到了重要作用。不過，有關人士關注的是，在開始上市銷售時能否降到500萬日元。某廠商負責人表示：“要想實現500萬日元的價格，需要進一步的技術革新�！彪m然也期待量產效果，但在上市銷售之初，供貨量能達到多少也是個課題。
為實現低成本化，各公司積極采取的對策是，使堪稱燃料電池車核心部件的燃料電池實現高性能化和小型化，以及替換成更為廉價的材料。
燃料電池是由作為燃料供應的氫與空氣中含有的氧，在名為“單元”的部件中發(fā)生化學反進行發(fā)電。提高反應效率就有助于提高燃料電池的性能。其關鍵在于單元內部使用的催化劑性能。
催化劑主要使用高價的稀有金屬鉑。如果將其制成微粒子涂布在電極上，便可進一步擴大與氫反應的表面積，從而提高性能。在這一領域，各公司展開了技術競爭。如果氫和氧的反應效率提高，即使減少鉑的使用量，也可獲得充足的輸出功率。
燃料電池采用串聯排列幾百個單元的結構。由于提高了輸出功率，因此可縮小單元面積，減少單元數量。除了鉑之外，還有助于減少其他零部件的使用量及成本。在確保輸出功率的同時，還可縮小燃料電池本身的容積。
表示單位容積輸出功率的輸出功率密度顯示了各公司的技術水平。豐田實現了每升3千瓦。本田宣布“達到了3千瓦以上”。日產汽車也在2011年宣布達到了2.5千瓦，目前“實際能達到每升3千瓦的輸出功率密度”。
各公司還在致力于調整材料以及尋找廉價的高性能新材料。
加速向廉價材料轉換
據稱燃料電池車的燃料電池、氫燃料罐以及其他運送空氣的泵等“輔機”各占車體成本的三分之一。
比如，豐田日前對70兆帕高壓儲氫燃料罐的材料進行了調整。為了在具備耐壓性的同時，減輕重量，采用了內側使用塑料、外側卷纏高價碳纖維復合材料（CFRP）的結構。該公司將尋找可在充分確保安全性的同時降低成本的碳纖維復合材料。
豐田不依賴供應商貼牌生產（OEM），而是在自家工廠將碳纖維復合材料卷纏在氫燃料罐上。為實現量產化，還在進行生產技術開發(fā)，以實現在確保必要強度的同時，快速進行卷纏。
豐田技術統管部主管高橋剛說：“我們將不斷提高電池堆等部件的性能、調整結構和材料及旨在實現量產化的生產技術革新等，以降低成本�！�
如何體現燃料電池車的魅力
消費者購車時，價格是最主要因素。不過，燃料電池車的價格要想降到與其他車輛同等水平，估計要到2020年以后。如何體現燃料電池車與其高價相符的優(yōu)點也是一大課題。
汽車廠商舉出的燃料電池車的特點之一是可向外部供電的功能。配備大發(fā)電容量燃料電池的公交車還可作為受災時的電源進行推銷。
豐田于11月14日，在愛知縣豐田市內，公開了將燃料電池巴士的電力供應給受災避難所等的實驗。
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| 豐田公開了外部電源供給系統的實驗，即將在愛知縣豐田市運行的燃料電池巴士（右）所發(fā)的電力供應給家庭及設施等。左側是利用巴士輸送的電力供家庭等使用的外部供電裝置。由豐田自動織機制造。 |
將專用插頭插在在燃料電池巴士后部的插座上，就可將電源供應給建筑物內的電視及電爐等使用。電裝公司與豐田自動織機公司開發(fā)出了將燃料電池巴士的直流電轉換成交流電的外部供電裝置。在加滿氫的狀態(tài)下，可連續(xù)5天為用作避難所的體育館提供照明電力。豐田計劃2016年上市銷售燃料電池巴士。
由燃料電池車向家庭等供電的功能名為“V2H”（vehicle to home）等。在東京車展上，本田展出了家庭專用供電裝置。該公司從4月份開始，在北九州市實施為住宅供電的實證實驗。在下午的用電高峰時段，如果利用燃料電池車供電，就可為削峰做出一定貢獻。
燃料電池車的另一個賣點應該是環(huán)保性能。行駛時只排放水、不會排放二氧化碳及大氣污染物質的燃料電池車還被稱為“終極環(huán)保車”。
實際更為嚴格的“環(huán)保性能”
不過，終極環(huán)保車是有條件的，就是包括制造氫等在內，在整個生命周期中都要做到不排放二氧化碳，即二氧化碳零排放。如果原料使用化石燃料，制造氫時就會排放二氧化碳，因此并不是二氧化碳零排放。
日本汽車研究所綜合效率討論工作組2011年實施的調查結果顯示，燃料電池車行駛1公里的二氧化碳排放量與混合動力車相同或略高一些。只有使用利用燃燒后二氧化碳排放量最少的天然氣進行重整制成的氫，才能夠比混合動力車減少一成左右的二氧化碳排放。
日產汽車純電動汽車系統研究所所長、策劃及先行技術開發(fā)本部FCEV開發(fā)推進室主管森春仁說：“如果希望社會能夠實現低碳，最好的作法就是利用可再生能源制造的二氧化碳零排放氫來驅動燃料電池車�！北夭豢缮俚氖菢嬛c二氧化碳捕集及封存（CCS）技術等組合使用的氫供應網，二氧化碳捕集及封存技術可阻止向大氣中排放由化石燃料重整生成的二氧化碳。
純電動汽車在行駛過程中同樣也不會排放二氧化碳，那么如何向消費者宣傳燃料電池車與其相比具有哪些優(yōu)勢，這也是燃料電池車的一大課題。燃料電池車的優(yōu)勢是毫不遜色于汽油車的行駛距離。日產的純電動汽車“LEAF”充電一次可續(xù)航行駛228公里。而該公司的“X-TRAILFCV”為500公里。
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| 日產的“X-TRAILFCV”。計劃2017年向市場投放新型燃料電池車。 |
另外，純電動汽車即使使用快速充電器，充滿電也需要30分鐘。而燃料電池車在加氫站裝滿氫只需3分鐘左右。不過，純電動汽車可以在電價低廉的夜間充電，與氫相比，可減少燃料費。
森春仁主管認為：“將來會是純電動汽車與燃料電池車共存的社會�！彼又终f道：“燃料電池車需要配備燃料電池和輔機，因此成本容易提高，銷售價格也容易上升。根據用戶行駛的地區(qū)，電和氫哪種價格更便宜也大不相同。根據生活方式和用途，為了給用戶提供更多的選擇，二者共存這種方式最現實。”
充分利用燃料電池的優(yōu)勢
汽車廠商特別強調的是，普及燃料電池車會給社會及產業(yè)帶來的乘積效應。
其中一點就是為保障能源安全做出貢獻。豐田高橋主管稱：“化石燃料屬于有限資源。而資源較少的日本需要確保能源安全�！�
隨著新興市場國家的發(fā)展，今后化石燃料的供求會日趨緊張，燃料價格可能暴漲。高橋稱：“提高汽油車和混合動力車的節(jié)能性能，可減少石油的消耗量。與此同時，通過普及插電式混合動力車及燃料電池車等來推動燃料轉換，這點也十分重要。”
企業(yè)期待的另一個效果是強化產業(yè)結構及競爭力。本田技術研究所四輪R&D中心第5技術開發(fā)室高級研究員守谷隆史稱：“燃料電池車具有維持汽車、部件、材料、能源企業(yè)等現有汽車相關產業(yè)結構，并引導其發(fā)展的潛力。也是既能維持產業(yè)又能減排二氧化碳的寶貴產品�！�
實際上，日本已經在燃料電池領域申請了很多專利。遙遙領先于歐美、中國和韓國，在全球占有大約6成的份額。在很多部件材料方面，日本廠商都占有全球最高份額，例如燃料電池的催化劑、電解質膜和隔膜等零部件、碳纖維復合材料制成的高壓氫燃料罐等。
東麗公司在氫燃料罐和電極材料領域占有全球最高份額。該公司還通過開發(fā)與原有產品相比發(fā)電效率更高、價格也低的碳化氫類電解質膜等，在燃料電池的零部件領域提升了影響力。
東麗董事、復合業(yè)務部長須賀康雄說：“在燃料電池相關業(yè)務領域，正吹著前所未有的東風。現在是轉向實現低碳社會的絕好時機。”
不過，也有分析認為不能疏忽大意。據稱日本即使具有技術優(yōu)勢，但在燃料電池車銷量方面估計會遠遠落后于歐美。德勤咨詢公司的調查結果顯示，到2025年，日本的燃料電池車普及數量約為20萬輛，而美國將增至85萬輛，歐洲將增至71萬輛。
美國通過重整頁巖氣制造氫，其供應價格并不比汽油等高。這將推動燃料電池車的普及。另外，在歐美，政府方面積極支援加氫站等基礎設施建設也是原因之一。
那么，日本開發(fā)的燃料電池車會怎樣發(fā)展？為了擴大普及，是否實施有效的政策支援，估計這會影響燃料電池車的發(fā)展方向。（作者：馬場未希，日經能源環(huán)境網 供稿）
